兰州化物所3D打印聚酰亚胺自润滑研究取得系列进展

jiasu2009

聚酰亚胺自润滑复合材料具有优异的热稳定性、机械强度和自润滑等综合性能，广泛应用于航空航天、汽车制造和微电子等领域。
　　近期，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室3D打印摩擦器件研究团队在3D打印聚酰亚胺润滑材料与器件研究方面得了系列进展。为解决聚酰亚胺溶解性和光固化3D打印成型难题，研究人员通过分子结构设计，于2017年发展了具有优异溶解性能的可快速光固化聚酰亚胺树脂，并实现了具有优异耐高温等综合性能的DLP光固化3D打印聚酰亚胺（J. Mater. Chem. A, 2017, 5,16307）。受传统聚酰亚胺先由聚酰胺酸涂膜再热酰亚胺化处理工艺的启发，提出并发展了紫外辅助直书写打印（UV-DIW）聚酰亚胺3D打印（Adv. Eng. Mater., 2019, 1801314），在材料与工艺方面均取得了突破，实现了较高精度聚酰亚胺3D打印成形制造（图1）。相关技术分别获中国发明专利授权（ZL 201510668467.8，ZL 201910080176.5）和美国专利授权（US 11021621和US 11020895）2件。

图1 光固化3D打印聚酰亚胺微型精密润滑部件

　　研究人员在系统探究光固化3D打印成形方式对聚酰亚胺摩擦学性能影响的基础上（摩擦学学报，https://doi.org/10.16078/j.tribology.2021115），采用聚四氟乙烯（PTFE）微粉复合，实现了具有优异减摩抗磨性能的3D打印聚酰亚胺自润滑复合材料（图2），并发挥3D打印层层累积成形的优势，实现了“按需润滑”聚酰亚胺自润滑表界面材料和轴承等零部件（图2）的3D打印制造，为复杂结构聚合物自润滑零部件设计与制造提供了材料和技术方案（Tribology International, 2022, 167, 107405）。

图2  PI/PTFE润滑复合材料摩擦学性能及“按需润滑”功能型轴承

　　在UV-DIW 3D打印聚酰亚胺研究的基础上，研究人员实现了具有高储油空间结构的多孔聚酰亚胺自润滑材料3D打印制造（图3），得到了内部孔隙可调节、机械性能和热稳定性良好、含油摩擦系数低至0.08的多孔聚酰亚胺制件。研究结果发表在Tribology International和《摩擦学学报》上（Tribology International, 2021, 160:107009；摩擦学学报，https://doi.org/10.16078/j.tribology.2021095），并获2件中国发明专利授权（ZL 202010004572.2和ZL 202010304000.6）。

　　图3 多孔聚酰亚胺含油润滑性能及含油润滑器件设计智造

　　上述研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院“西部之光”交叉创新团队项目、甘肃省科技计划项目和兰州市城关区科技计划项目等的支持。


      文章来源：兰州化物所